Séquence 10 sciences cours Tle Bac Pro TC/T8 - maths
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Séquence : 10 Classe : Tle Bac Pro Question clef : Domaine : Magnétisme I) Sujet : Fonctionnement d’un ascenseur Thématique : Les Transports Pourquoi les ascenseurs ont-ils une charge maximale de personnes? Module : Connaissance : T8 Moteur à courant continu Présentation a) Généralités La machine à courant continu est un convertisseur d'énergie, totalement réversible, elle peut fonctionner soit en moteur, convertissant de l'énergie électrique en énergie mécanique, soit en génératrice, convertissant de l'énergie mécanique en énergie électrique. Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux différentes conversions. Cette machine est donc un convertisseur électromécanique. Champ magnétique T. Champ magnétique Mécanique Electrique T. I I Electrique U U Mécanique Pméca= Pélec= T. U.I Fonctionnement en génératrice Pélec= Pméca= U.I T. Fonctionnement en moteur L'énergie mécanique se caractérise par un couple de moment T associé à une vitesse angulaire, le produit de ces deux grandeurs définit la puissance mécanique : Pméca = T. Pméca T Puissance mécanique en watts [W] Moment du couple mécanique en newton-mètres [Nm] La vitesse angulaire en radians par seconde [rad.s-1] L'énergie électrique est évaluée par un courant continu I et une tension continue U, la puissance électrique sera le produit de ces deux grandeurs : Pélec = U.I Type : Cours Pélec U I Puissance électrique en watts [W] La tension en volts [V] L’intensité du courant en ampères [A] Energie absorbée Fonctionnement Energie fournie Electrique Moteur Mécanique Mécanique Génératrice Electrique Page 1 Séquence : 10 Classe : Tle Bac Pro Question clef : Domaine : Magnétisme b) Sujet : Fonctionnement d’un ascenseur Thématique : Les Transports Pourquoi les ascenseurs ont-ils une charge maximale de personnes? Module : Connaissance : T8 Moteur à courant continu Description Vue d'ensemble : La machine à courant continue comporte les parties principales suivantes : - Une partie fixe appelée STATOR qui aura le rôle d'inducteur. - Une partie mobile appelée ROTOR qui aura le rôle d'induit. - Une liaison rotor - éléments extérieurs à la machine appelée COLLECTEUR. L'inducteur : Il est formé soit d'aimants permanents en ferrite soit de bobines placées autour des noyaux polaires. Lorsque les bobines sont parcourues par un courant continu, elles créent un champ magnétique dans le circuit magnétique de la machine notamment dans l'entrefer, espace séparant la partie fixe et la partie mobile, où se situent les conducteurs. L'induit : Le noyau d'induit est en fer pour canaliser les lignes de champ, les conducteurs sont logés dans des encoches sur le rotor, deux conducteurs forment une spire. Collecteur et balais : Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre isolées, disposées sur l’extrémité du rotor, les balais portés par le stator frottent sur le collecteur. Inducteur Induit Entrefer Conducteurs Collecteur Balais Conducteur dans Son encoche Vue du Moteur à courant continu Type : Cours Page 2 Séquence : 10 Classe : Tle Bac Pro Question clef : Domaine : Magnétisme II) Sujet : Fonctionnement d’un ascenseur Thématique : Les Transports Pourquoi les ascenseurs ont-ils une charge maximale de personnes? Module : Connaissance : T8 Moteur à courant continu Fonctionnement en moteur a) Fonctionnement en charge L’inducteur est alimenté comme précédemment par une source de tension continue réglable permettant d’adapter le courant d’excitation IEX. L’induit du moteur est alimenté par une seconde source de tension continue, il entraîne une charge mécanique à la fréquence de rotation n. I Iex U Tu M Uex n Inducteur Charge Mécanique Induit Fonctionnement d’un moteur en charge Le moteur absorbe une puissance électrique et restitue une puissance mécanique, combinaison du moment du couple utile et de la fréquence de rotation. b) Loi d’Ohm L'induit du moteur peut être remplacé par son modèle équivalent : I Induit U R Inducteur non représenté Tu U La tension aux bornes de l’induit E La fem du moteur E n Type : Cours R La résistance totale de l'induit I L’intensité du courant dans l’induit n La fréquence de rotation du rotor Page 3 Séquence : 10 Classe : Tle Bac Pro Question clef : Domaine : Magnétisme Sujet : Fonctionnement d’un ascenseur Thématique : Les Transports Pourquoi les ascenseurs ont-ils une charge maximale de personnes? Module : Connaissance : T8 Moteur à courant continu Modèle équivalent de l'induit du moteur La loi d’Ohm de l’induit se déduit facilement de son modèle équivalent : U = E + R.I La tension aux bornes de l’induit en volts [V] La f.e.m du moteur en volts [V] La résistance de l’induit en ohms [] L’intensité du courant dans l’induit en ampères [A] U E R I c) Relations fondamentales du moteur à courant continu Si l’intensité du courant d’excitation Iex reste constant E n K1 E = K1.n La f.e.m en volts [V] La fréquence de rotation en tours par seconde [tr.s-1] Coefficient de proportionnalité entre E et n en [V/tr.s-1] La f.e.m E est proportionnelle à la fréquence de rotation n. Tem = K2.I Tem I K2 Le moment du couple électromagnétique en newton-mètres [Nm] L’intensité du courant dans l’induit en ampères [A] K Coefficient de proportionnalité entre Tem et I ; K2 = 1 2π Le moment du couple Tem est proportionnel à l’intensité du courant I. De la même manière : E = K’. E K’ La f.e.m en volts [V] La vitesse angulaire en radians par seconde [rad.s-1] Coefficient de proportionnalité entre E et en [V/rad.s-1] La f.e.m E est proportionnelle à la vitesse angulaire . Nous pouvons donc conclure en disant que la fréquence de rotation dépend de la tension appliquée aux bornes de l’induit du moteur à flux constant et que le moment du couple électromagnétique donne l’intensité du courant dans l’induit. Par extension sachant que Tem = Tu + Tp, nous dirons que la charge mécanique TR, égale à Tu en régime permanent, fixe l’intensité du courant dans l’induit. Type : Cours Page 4
